计算机图形学论文汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇计算机图形学论文范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

篇（1）

1计算机图形学的发展

计算机图形学是利用计算机研究图形的表示、生成、处理，显示的科学。经过30多年的发展，计算机图形学已成为计算机科学中最为活跃的分支之一，并得到广泛的应用。1950年，第一台图形显示器作为美国麻省理工学院（MIT）旋风一号——（Whirlwind）计算机的附件诞生．该显示器用一个类似示波器的阴极射线管（CRT）来显示一些简单的图形。在整个50年代，只有电子管计算机，用机器语言编程，主要应用于科学计算，为这些计算机配置的图形设备仅具有输出功能。计算机图形学处于准备和酝酿时期，并称之为：“被动式”图形学。

2计算机图形学在曲面造型技术中的应用

曲面造型技术是计算机图形学和计算机辅助几何设计的一项重要内容，主要研究在计算机图象系统的环境下对曲面的表示、设计、显示和分析。它肇源机、船舶的外形放样工艺，经三十多年发展，现在它已经形成了以Bezier和B样条方法为代表的参数化特征设计和隐式代数曲面表示这两类方法为主体，以插值（Intmpolation）、拟合（Fitting）、逼近（Ap-proximation）这三种手段为骨架的几何理论体系。随着计算机图形显示对于真实性、实时性和交互性要求的日益增强，随着几何设计对象向着多样性、特殊性和拓扑结构复杂性靠拢的趋势的日益明显，随着图形工业和制造工业迈向一体化、集成化和网络化步伐的日益加快，随着激光测距扫描等三维数据采样技术和硬件设备的日益完善，曲面造型在近几年来得到了长足的发展。

2．1从研究领域来看，曲面造型技术已从传统的研究曲面表示、曲面求交和曲面拼接，扩充到曲面变形、曲面重建、曲面简化、曲面转换和曲面位差。

曲面变形（DeformationorShapeBlending）：传统的非均匀有理B样条（NURBS）曲面模型，仅允许调整控制顶点或权因子来局部改变曲面形状，至多利用层次细化模型在曲面特定点进行直接操作；一些简单的基于参数曲线的曲面设计方法，如扫掠法（Sweeping），蒙皮法（skinning），旋转法和拉伸法，也仅允许调整生成曲线来改变曲面形状。计算机动画业和实体造型业迫切需要发展与曲面表示方式无关的变形方法或形状调配方法，于是产生了自由变形（fFD）法，基于弹性变形或热弹性力学等物理模型（原理）的变形法，基于求解约束的变形法，基于几何约束的变形法等曲面变形技术和基于多面体对应关系或基于图象形态学中Minkowski和操作的曲面形状调配技术。

2．2从表示方法来看，以网格细分（Sub-division）为特征的离散造型与传统的连续造型相比，大有后来居上的创新之势。而且，这种曲面造型方法在生动逼真的特征动画和雕塑曲面的设计加工中如鱼得水，得到了高度的运用。

3在计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）的应用

这是一个最广泛，最活跃的应用领域。计算机辅助设计（ComputerAidedDesign，CAD）是利用计算机强有力的计算功能和高效率的图形处理能力，辅助知识劳动者进行工程和产品的设计与分析，以达到理想的目的或取得创新成果的一种技术。它是综合了计算机科学与工程设计方法的最新发展而形成的一门新兴学科。计算机辅助设计技术的发展是与计算机软件、硬件技术的发展和完善，与工程设计方法的革新紧密相关的。采用计算机辅助设计已是现代工程设计的迫切需要。CAD技术目前已广泛应用于国民经济的各个方面，其主要的应用领域有以下几个方面。

3.1制造业中的应用。CAD技术已在制造业中广泛应用，其中以机床、汽车、飞机、船舶、航天器等制造业应用最为广泛、深入。众所周知，一个产品的设计过程要经过概念设计、详细设计、结构分析和优化、仿真模拟等几个主要阶段。同时，现代设计技术将并行工程的概念引入到整个设计过程中，在设计阶段就对产品整个生命周期进行综合考虑。当前先进的CAD应用系统已经将设计、绘图、分析、仿真、加工等一系列功能集成于一个系统内。现在较常用的软件有UGII、I-DEAS、CATIA、PRO/E、Euclid等CAD应用系统，这些系统主要运行在图形工作站平台上。在PC平台上运行的CAD应用软件主要有Cimatron、Solidwork、MDT、SolidEdge等。由于各种因素，目前在二维CAD系统中Autodesk公司的AutoCAD占据了相当的市场。

3．2工程设计中的应用。CAD技术在工程领域巾的应用有以下几个方面：①建筑设计，包括方案设计、三维造型、建筑渲染图设计等。②结构设计，包括有限元分析、结构平面设计、框/排架结构计算和分析等。③设备设计，包括水、电、暖各种设备及管道设计。④城市规划、城市交通设计，如城市道路、高架、轻轨等。⑤市政管线设计，如自来水、污水排放、煤气等。⑥交通工程设计，如公路、桥梁、铁路等。⑦水利工程设计，如大坝、水渠等。⑧其他工程设计和管理，如房地产开发及物业管理、工程概预算等。

3．3电气和电子电路方面的应用。CAD技术最早曾用于电路原理图和布线图的设计工作。目前，CAD技术已扩展到印刷电路板的设计（布线及元器件布局），并在集成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路的设计制造中大显身手，并由此大大推动了微电子技术和计算及技术的发展。

3．4仿真模拟和动画制作。应用CAD技术可以真实地模拟机械零件的加工处理过程、飞机起降、船舶进出港口、物体受力破坏分析、飞行训练环境、作战方针系统、事故现场重现等现象。在文化娱乐界已大量利用计算机造型仿真出逼真的现实世界中没有的原始动物、外星人以及各种场景等，并将动画和实际背景以及演员的表演天衣无缝地合在一起，在电影制作技术上大放异彩，拍制出一个个激动人心的巨片。

篇（2）

1 引言

随着计算机应用技术的迅猛发展，促进了一系列相关学科的发展。计算机图形学便是其一。1963年，美国人伊凡・苏泽兰在麻省理工学院毕业论文课题是关于三维交互式图形系统，在此基础上发表了题目为《画板》的博士毕业论文， 这篇毕业论文是计算机图形学里程碑的标志，它的发表标志着计算机图形学科正式诞生。计算机图形学它标志着计算机处理方式由处理符号系统转变为处理图形系统的方式，计算机图形学的出现，计算机处理方式可以部分地模拟现实图形和展现人的右脑功能，因此计算机图形学的理论和实践具有划时代的意义。

在计算机图形学发展和应用的过程中，最具震撼性和实用性的就是电影动画技术。电影动画为计算机图形学提供了新鲜的血液，打开了新视角，自然界的一切美丽景象都可以通过计算机生动形象地再现构造宏观、微观世界。

2 计算机图形处理电影动画的分类

计算机图形处理电影动画是计算机图形学和电影艺术相结合，并且相互促进的产物，计算机软硬件和图形图像算法高速发展促进了计算机图形学的突飞猛进。计算机电影动画技术将图形、图案和画面或者其中一部分显示在屏幕上，并且按照一定规律或预定的要求在屏幕上移动、变换，从而使计算机显示出图形动态变换过程。

电影动画是运动中的艺术，运动的画面是电影动画的表现形式，运动是电影动画的要素，运动的表现形式，才促使了二维和三维动画的发展。计算机动画以其制作方法和表现特征的两种表现形式就是二维电影动画和三维电影动画。

2.1 二维电影动画

传统的电影卡通动画，是大量的画片，每幅画片高速翻转以便实现是连续播放多帧画面，每幅画面表述的是运动物体的若干个瞬间的定格，利用观看者在大脑内残留的瞬间视觉感觉而得到运动的视觉感受。传统的电影卡通动画是先画出一头一尾两个关键帧图画，然后在两个关键帧中间插入一些列图画画从而生成中间一系列画。展现平面图形是计算机二维电影动画的一大特点，是对传统动画制作的继承和发展，制作时就像传统在纸上作画，通过计算机图形学复杂的算法将一些列计算机图画对象的移动、变形、变色等手法表现出传统电影动画运动的效果。

ANIMO是世界上最受欢迎的、使用最广的二维动画系统动画制作软件，它是英国Cambridge Animation公司核心产品。ANIMO向计算机图形设计者提供了灵活的颜色模板创建、修改调色板和调整颜色的工具，这些功能有助于二维电影动画前期制作和影片后期合成方面都有独到的技术特点。ANIMO虽然不是最专业的二维电影动画制作软件，但是它具有更大的灵活性，软件独有的内部环境能够将二维电影动画和三维电影动画完美的结合起来。

ANIMO经常用于二维电影动画和真实场景的结合，90年代篮球运动球星乔丹和华纳动画人物共同主演的《空中大灌篮》，它是将二维电影动画与三维电影动画真实场景完美结合的成功范例。ANIMO软件具有面向动画师设计的工作界面，在ANIOM软件制作电影动画的同时，需要一台高清扫描仪，底板动画图片上放在扫描仪内进行扫描，扫描后的画稿几乎保持了动画设计者原始动画图片的线条，ANIMO软件的快速上色工具提供了给图画自动上色和自动线条封闭功能，并和软件的颜色模型编辑器集成在一起，软件提供了不受数目限制的颜色数量和调色板种类。三维电影动画中的阴影和灯光效果是最难转化为二维电影动画的，ANIMO却可以将这些难点完美的结合在一起，具有多种特技效果处理效果，包括动画的灯光效果、物体阴影变换、图片背景的模糊处理、拍摄的摄像机镜头的移动、波纹起伏波浪震动的效果展现等等，并可与二维电影动画、三维电影动画和实拍镜头进行合成处理。它所提供的可视化场景图画可以让动画设计师在软件内只用几个简单的操作步骤就可完成比较复杂的动画制作，提高了计算机二维电影动画制作的工作效率和速度。

2.2 三维电影动画

三维电影动画则是展示立体的图形，三维电影动画的制作过程就好像是在摄影棚中拍电影的景象：三维图像影像制作首先是在布置摄像对象所处的位置、动画制作者规定其运动轨迹、并按照这个运动轨迹进行拍摄、各种灯光效果被制作者安排的妥当，摄影机可以布置在特定位置上或者也可根据拍摄内容设定摄影机的推拉摇移摆动，最后利用计算机用图形算法计算出这个摄影机所见到的动态图像效果。

篇（3）

简单地说，计算机图形学的主要研究内容就是研究如何在计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法。图形通常由点、线、面、体等几何元素和灰度、色彩、线型、线宽等非几何属性组成。从处理技术上来看，图形主要分为两类，一类是基于线条信息表示的，如工程图、等高线地图、曲面的线框图等，另一类是明暗图，也就是通常所说的真实感图形。1963年，伊凡・苏泽兰（Ivan Sutherland）在麻省理工学院发表了名为《画板》的博士论文，它标志着计算机图形学的正式诞生。至今已有四十多年的历史。此前的计算机主要是符号处理系统，自从有了计算机图形学，计算机可以部分地表现人的右脑功能了，所以计算机图形学的建立具有重要的意义。

计算机图形学一个主要的目的就是要利用计算机产生令人赏心悦目的真实感图形。为此，必须创建图形所描述的场景的几何表示，再用某种光照模型，计算在假想的光源、纹理、材质属性下的光照明效果。所以计算机图形学与另一门学科计算机辅助几何设计有着密切的关系。事实上，图形学也把可以表示几何场景的曲线曲面造型技术和实体造型技术作为其主要的研究内容。同时，真实感图形计算的结果是以数字图象的方式提供的，计算机图形学也就和图像处理有着密切的关系。

图形与图像两个概念间的区别越来越模糊，但还是有区别的：图像纯指计算机内以位图形式存在的灰度信息，而图形含有几何属性，或者说更强调场景的几何表示，是由场景的几何模型和景物的物理属性共同组成的。

计算机图形学的研究内容非常广泛，如图形硬件、图形标准、图形交互技术、光栅图形生成算法、曲线曲面造型、实体造型、真实感图形计算与显示算法、非真实感绘制，以及科学计算可视化、计算机动画、自然景物仿真、虚拟现实等。

计算机图形学（Computer Graphics，简称CG）是研究怎样用计算机表示、生成、处理和显示图形的一门学科。简单地说，计算机图形学主要是研究怎样运用计算机进行图形的表示以及运用计算机实现图形的计算、处理和显示等相关原理与算法。随着数字化娱乐时代的到来，三维图形的生产与显示技术成为吸引群众眼球的产物，群众文化作为宣传的窗口，信息的交流和传播平台，多方面引入了计算机图形学相关的技术，借以来推动了群众文化工作的持续发展。在此，笔者粗略的谈一下计算机图形学在群众文化工作中的应用。

1 计算机图形学丰富了群众文化的表现内容

随着计算机技术的迅猛发展，目前计算机图形学成为各个领域中加强信息理解与传递的重要技术和工具。同时计算机图形无论是硬件还是软件的盛大生产，对人们的生活产生了一定的影响，使得人们的精神水平迅速提升，不再满足于一般的精神文化需求，更多的是需要高科技的文化产物。文化馆作为文化的宣传窗口、群众交流信息的平台，应科技发展的需求，开始广泛运用计算机图形学。如：运用CAD技术进行动画制作、仿真模拟；即：运用计算机图形学的CAD技术真实的模拟一些教育实践案例、法律小故事、交通故事、群众热点事情重现等，加强对群众经济、法律、教育等知识的渗透，同时还运用计算机图形学中的造型仿真技术再现原始动物、外星人等各种场景等等，还可以将群众配以实际的背景运用计算机图形技术大放异彩，制作出群众自己的电影巨片。此外，运用计算机图形学中的科学计算技术能够让人们直观的看到一些数据的发展规律，诸如：力学、气象科学、天体物理、分析生物学等等，充实了文化馆的文化内容，有效的丰富了群众文化的表现内容。

2 计算机图形学创新了群众文化的表现形式

近些年来我国市场经济发展迅猛，人民群众的生活水平也越来越高，连带着对文化娱乐的欣赏水平也越来越高。新兴剧场的多功能特色，即：舞台演出、会议、报告、影院等等成为了人民群众的最爱。多功能剧场的出现对群众文化馆的发展来说是机遇也是挑战。为了人民群众的需求，文化馆必须革新自己的文化娱乐表现形式，运用计算机图形学的相关技术。如：文化馆采取多媒体计算机的矩阵控制系统来控制整体的音响系统，这样一来，整个过程都可以以数码方式进行处理，使得他们无论在精度、信噪比、还是失真方面都高于传统的模拟设备。这样，运用媒体矩阵音响系统，就可以创新群众文化工作的表现形式，即：能够在礼堂、音乐厅、体育馆、体育场、公园一些大型的场地实现扩声。能够为群众文化活动的顺利开展提供有保障的后盾力量。同时，媒体矩阵还可以随时执行替换功能，文化馆工作人员可以根据实际需求随时修改或者添加诸如：调音台、眼分音器、自动音压控制器、信号分配器等设备。群众文化娱乐活动大都是通过声音来组织、引导群众开展的，运用计算机图形学中的技术能够将音频处理带到一个全新的网络境界，提升了文化工作人员的工作效率和质量。

在这种形式下，我们必须充分发挥现代传媒技术的优势，加强对传统文化精髓的提炼与传播，打造民族文化精品，这不仅可以对国民进行循序渐进的传统文化的精神洗礼，还可以充分利用媒介重新建构起更加符合现在形势的文化观。同时，避免传统艺术形式因内涵意义不易理解而从我们的视野中消失，也避免产生因为计算机形式轻内涵而导致主流艺术缺乏文化深度的社会现象，而要以媒体语言整合传统文化精神，让世界更清楚地认识中国的现在和过去，从而实现文化传承，打造民族艺术精品。

3 计算机图形学拓展了群众文化的宣传途径

群众文化工作是对外宣传的窗口，更是当地老百姓进行文化信息交流、传播的平台。现如今是数字化时代，网络成为人们生活的重要组成部分，群众文化运用网络的特性实现高速度、高质量的宣传，进而推动群众文化的繁荣发展。如：建设一个具有当地群众文化特色的网络，让全国各地的人通过互联网就能够浏览文化信息，通过留言板、email、QQ、MSN等工具进行文化信息的交流，拓展了传统群众文化的宣传途径。笔者所在的文化馆，结合安徽的相关文化状态、生活习俗等运用计算机图形学的相关知识建设了一个自己群文网络，有：本馆信息、非物质文化介绍、在线服务（联系我们）、艺术展厅、艺术图画展览、活动展示等等内容，同时，将各地市级、县级群文网站的链接也成立一个板块设置在网站的首页，形成网络群众文化联盟，为浏览文化信息的群众提供方便。这样运用计算机图形学技术将群众文化活动以影视、图片加以文字制作成群众文化的宣传材料上传至网站上，以互联网为传播路径，推动群众文化形成全球化的宣传、互动、交流新格局。

群众文化是人们生活娱乐所不可缺少的，而人们运用计算机生活娱乐、运用计算机进行数据处理等等成为发展的必然趋势。计算机图形以其科学性、技术性为群众文化的建设与发展提供了无限的帮助，有着“催化剂”的作用。可以说，计算机图形学在群众文化工作中的应用涉及甚广，是群众文化可持续发展的后盾力量。

参考文献：

篇（4）

0 引言

大学的主要任务是培养人才，特别是培养创新人才。培养创新人才的基本途径与方法有课程教学、参与科学研究与项目开发、对外学术交流等。然而传统本科课程教学多注重传授学科的系统理论等专业知识，不重视对知识产生原因、方法的介绍，如忽视思考解决学科基本问题的具体过程等，这会造成课程教学传授知识与科学研究相脱节，导致学生的知识结构产生缺陷，不利于他们将来从事创新等研究工作。为配合计算机图形学课程的教学改革，根据计算机图形学课程的特点，笔者提出一种面向科学思维的教学新方法，它能有效弥补传统本科课程教学的不足。

1 面向科学思维教学方法的基本要求

常见典型的教学方法有：结构主义的教学方法、建构主义的教学方法、问题（任务）驱动教学方法等。这3种方法各有其优缺点，一个好的教学方法最好能全面综合这3种方法的优点。面向科学思维的教学方法要求把思考问题的方法、系统分析与综合的方法、科学研究的工作方法、查找资料与抽象的方法等知识产生的方法引入课程教学中，有效讲解学科专业知识是根据发展需求、通过研究各种问题产生的；专业理论体系或与其学科结构是由多项研究成果形成的，这些知识是科学研究与科学思维产生的结果。

结构主义、建构主义与面向科学思维教学方法的异同点见表1。

2 确立计算机图形学课程的教学内容与教学模式

2.1 传统计算机图形学课程教学改革的原因

2013年以前，国内外传统计算机图形学课程教学以讲授图形标准（显卡驱动与显示图形等子程序的集合）或CAD为主。这种CAD与计算机图形学（即图形标准）学科的划分有问题，它只便于图形标准的硬件实现，却因基本概念不全导致这两者均不能独立讲清三维真实感图形的自动生成原理以及计算机程序设计的基本规律，更不能总结计算机图形学的研发成果与发展规律，不能满足计算机图形学学科建设发展需求。

2.2 用系统分析与综合的方法确立计算机图形学课程的教学内容

2.2.1 系统分析：从理论上确立实现计算机图形学课程目标的发展路线图

本课程目标是用计算机程序自动生成类似人眼观察世界获得的观察图像（亦为学科研究的基本问题，它适合作为建构主义教学方法要求的教学环境需求问题）。为此至少要完成3个子任务：①掌握三维图形的生成原理；②掌握生成三维动画等图形的程序设计；③理顺新课程教学内容与图形标准、CAD的相互关系。

1）第一个任务的实现方法。

照相机生成照片遵循光线传播生成三维图形这一物理原理，计算机生成所有三维图形（包括光线跟踪算法、辐射度算法、投影、多边形填充、纹理映射、阴影算法、图像融合算法与二维直线的生成等）也应遵循该原理。这是本课程知识理论体系的完备性与一致性的基本要求，它决定了计算机图形学的学种性质与教学定位。

2）第二个任务的实现方法。

用辐射度和光线跟踪算法生成的三维真实感图形等程序，是一类典型的显示图形的计算机仿真应用程序。故计算机图形学的编程实现既遵循计算机仿真的基本原理，也遵循计算机程序设计的基本规律。

计算机仿真遵循系统（决定被仿真对象的范围与其行为特性）、建模（用数学模型描述仿真实验对象）、仿真算法（计算机通过执行该仿真算法，进行仿真实验）与评估（检验仿真实验的结果是否与应用需求保持一致）这一基本原理。

计算机程序设计应遵循计算理论可计算性的实现前提对程序设计的规范要求：①待解问题被模型与系统形式化方法所描述；②这种描述要转换成算法；③算法要有合理的复杂度。

这里，形式化描述指用数学符号、逻辑符号与流程图描述并要求保持逻辑上的一致性。系统的概念被本文定义为软件系统：它按解决问题的系统流程要求，编程实现数个模型描述数据与命令的输入、存储管理、运算处理、输出显示4个过程，能直接达到自动运行软件的设定目标并具有完整动态结构的综合程序。软件系统的概念是国内传统计算机核心课程教学缺失的重要概念。

故三维图形学的教学内容，主要用3组数学模型描述可视物体、灯光、照相机物理模型的物理特性（如用几何模型、材质模型与纹理模型描述可视物体；用光线几何模型、颜色模型、照明模型、辐射度算法和光线跟踪算法等描述点光源；根据类照相机的观察参数，用阴影算法、图像融合等算法描述照相机模型；对光线跟踪算法，应重构照相机模型）；在物理仿真、数学建模与软件系统概念的指引下，编程构建三维图形软件系统，实现三维图形的自动显示。物体运动与变形、灯光变幻、照相机运动可形成计算机动画。计算机游戏是用人机交互的操作方式并通过实时动画与声音有效描述具有智能行为能力的人（或动物）的多种社会实践活动。

3）第三个任务的实现方法。

计算机动画包含了传统图形标准与CAD的原理，所以在课程最后，可讲解图形标准OpenGL的原理与编程使用方法。同时图形标准是游戏软件的基石，是现代计算机应用不可缺少的基本配置。

2.2.2 系统综合：介绍图形学的基本原理与动画软件的实现方法

这要求教师先查找资料、汇集前人发表解决以上问题的不同论文与教材（解决课程教学问题的先决条件），挑选材料编写课程讲义，详细介绍完成该任务所需的基本原理与实现方法，讲义试用成熟后再编著出版教材。

教材按以下思路组织：用二维图形学构建软件系统概念的教学，用三维图形学构建三维图形数学建模的教学（直接用三维图形构建软件系统概念的教学，会导致课程教学内容的复杂化）。在每章的开头，均提出应思考并解决哪些问题才能达到本章的教学要求，加强训练读者思考问题的习惯。

学完本课程，学生要能胜任计算机动画软件的设计与编程实现等任务。

2.3 归纳计算机图形学的学科结构

以上教学充分展示：由物理模型（化学模型、生物模型、社会发展需求模型等）数学模型（数据模型是数学模型的一种简单特例，其编程操作主要是数据的存储与检索，以实现数据库软件。根据数学模型“曲高和寡”的原理得知，数据库软件是应用软件中应用面最广的一类软件；或用离散数学的方法、判断规则与判据或可编程实现的自然语言与功能等描述解决问题的过程与步骤；或用通信协议描述数据通信过程要遵循的规则、约定等要求，这是网络通信编程的基础）软件的系统功能与结构用算法语言实现程序编码并形成算法软件测试评估等过程所确立程序设计的基本规律。程序设计这一规律，能被雷达的设计与制造过程所佐证，如通过物理实验确立雷达原理用数学模型描述雷达的工作过程设计雷达系统的功能与结构用电子技术制造雷达设备做好的雷达要通过测试评估才能交付使用等。

由此能用理论（物理原理、建模、软件系统、仿真、程序设计）、工具（OpenGL、Direct3D、着色语言、ACIS、WebGL、OpenCL、3D游戏引擎等）与应用（显示图形的应用程序，如3D动画或CAD、地理信息系统（空间复杂性高而时间复杂性低）、游戏与虚拟现实系统（时间复杂性高而空间复杂性低））3个学科形态描述计算机图形学的学科结构。

2.4 用科学研究的工作方法确立计算机图形学课程的教学模式

（1）选题（发现问题）：找任务、了解用户需求、检索阅读资料并提出问题。自由选题要确立研究问题的科学性、目标性、创新性和可行性，并找准课题的申报渠道。提出问题是对任务深入思考或科学研究的前提。如计算机图形学的学科属性与教学内容是否成熟，是此前国际计算机图形学教育界多年关注的教学疑难问题。

（2）分析问题：真实照片由照相机、可视物体与灯光3个主要因素决定，由此确立解决问题的方法。

（3）寻找解决问题的方法（提出假说）：首先用二维图形建立软件系统的概念；然后建立描述照相机、可视物体、灯光物理模型物理特性所需的数学模型，构建仿真光线在计算机场景与照相机模型中传播，生成三维动画图形。

（4）做实验解决问题（找寻证据支持假说）：针对建立的数学模型，选择数据结构，设计算法，编写程序源代码并调试测试程序，构建三维图形软件系统，实现图形的自动显示。

（5）取得新成果（查新验证）：改进学科的系统理论与基本方法，发表研究论文，推广该研究成果或论证申报新开发项目，推动学科建设向前发展。当我们解决好计算机图形学的教学问题时，就为撰写本文并申报计算机图形学国家规划教材奠定了基础。

由此构建程序设计教学的完整过程，并把程序设计拓展成科学研究工作方法的一种形式与组成部分。

该教学模式不仅把教学与科学研究两个不同性质的学术过程结合在一起，还说明围绕课程教学思考问题的训练属于科学研究领域思维活动的一种基本形式。

3 在课程教学过程中合理安排思考问题的训练

教师在重点介绍、讲解每个专题前，要考虑如何训练学生根据学科的发展需求思考问题，这些问题是任务驱动教学法中各种问题的来源。

3.1 用二维图形学构建软件系统概念的教学

专题1：线段图形的描述与生成。基本问题：如何用数学的语言与方式（如描述函数）描述各种线段图形的几何形状，以形成各种线段图形的几何模型？如何形成矢量汉字等子图形高效率的描述方法？如何把这种描述函数转换成算法，并根据其描述数据生成这些基本图形？

专题2：实面积图形的描述与生成。基本问题：用什么方法描述实面积图形的几何形状，以形成各种实面积多边形的几何模型？如何利用显示设备的绘图功能生成实面积图形？如何实现直线图形边缘的反走样显示？

专题3：图形的基本运算。基本问题：图形运算的目的是什么？如何用几何变换矩阵的方式描述图形几何模型的几何变换？若用实面积多边形的布尔运算构建新的复杂图形的几何模型，则布尔运算的数学基础是什么？如何实现其布尔运算？

专题4：图形的观察运算。基本问题：如何把输入到计算机中的图形几何模型描述数据，转换成显示设备坐标系中的图形几何模型描述数据？并调用图形的生成算法显示各种图形的几何形状？

专题5：图形数据与命令的输入。基本问题：能用哪些方法把图形模型描述数据与命令高效率地输入到计算机中？如何利用输入设备的数据输入功能与显示设备的图形显示功能，编程实现图形数据的交互输入？如何规划应用程序中的人机交互设计问题？

专题6：图形的数据结构。基本问题：图形数学模型的种类与复杂、复合图形的构建方法，这些对保存图形几何模型的描述数据提出了哪些动态管理上的要求？如何设计相应图形的数据结构，才能有效地保存、管理存储于计算机中的各种图形描述数据（命令）？如何把图形显示区中的图形描述数据编译转换成多种显示设备能识别并运行的显示指令代码，以实现图形的显示？为编程实现各种图形的自动显示，需要确定编程处理图形数据的基本流程和程序的功能与结构，以形成软件系统的概念。

3.2 用三维图形学构建数学建模的教学

专题7：照相机模型的建立与三维几何图形的显示。基本问题：如何用数学模型，特别是用矩阵的方法，描述照相机拍摄（投影显示）三维直线图形的物理过程？

专题8：平面物体几何模型的构建与图形显示。基本问题：如何用直线与平面函数描述平面物体的几何形状？如何记录这种描述所形成的几何模型数据？如何构建形状复杂的平面几何物体？如何显示平面物体的几何形状与表面？

专题9：曲面物体几何模型的构建基础与线框模型图形显示。基本问题：用什么方法描述曲面物体的几何形状并构建其几何模型？如何显示曲面物体的几何形状？

专题10：灯光模型的建立与光照物体的图形显示。基本问题：如何用数学模型的方法描述灯光的物理特性？如何描述在灯光照射条件下几何物体的可视物理特性？如何显示光照效果的曲面物体的表面与几何形状？如何更有效地描述光线传播的物理特性与变化规律？

学生按照这一思路进行选题，可考虑为实现像照片一样自然景观（如白光的薄膜干涉等现象）的图像显示，需研究哪些问题等，并发表其研究成果。课程教学内容成熟完整后，才便于界定计算机图形学的学科内涵。

4 分析计算机专业主要课程的基本特点，提炼计算科学的学科结构

4.1 计算机教学此前无计算科学学科结构概念的原因分析

现有权威资料和维基百科、百度百科表明，此前国内外计算机教学均无计算科学学科结构这一重要概念。以下3点是导致这一现象存在的重要原因。

4.1.1 对计算工具的分类作用认识不足

尽管人们知道计算机是一种计算工具，计算机有广泛的应用，计算机科学有自己的一套理论根据，但仅用“理论、工具与应用”很难全面概括计算科学的研究全貌与多项用途。事实上，计算机的系统工具对总结计算科学的学科结构非常重要。

计算机系统是一个能对编程实现的数学模型与逻辑模型，进行自动解算与推理的通用计算工具。这决定了程序设计在编程使用计算机上的重要性。

操作系统是对计算机的各种硬件资源与软件资源进行程序管理，使计算机正常运行的系统工具软件。同时，它能对用户程序（命令）的输入、存储管理与自动运行提供服务（包括对通信进程进行有效监管控制），并用人机交互与图形界面的方式记载这种用户程序与命令操作的运行结果。

编译系统是用高级语言编程必备的系统工具软件，它可以把用户用高级语言编写的程序源代码、编译转换成计算机能识别并自动执行的机器语言程序代码。

算法语言是用户为编程使用计算机的各种计算功能，用类自然语言的方式与计算机相互交流思想的符号表达工具。

这些计算工具本身没有直接解决数学计算与逻辑推理等应用问题，该任务由编程解决。

这类计算工具是在实际应用过程中总结、提炼的结果，工具本身一般不直接解决最终的应用问题，这是工具的第一个特点。它的第二个特点是工具的制造具有递归性，即可用简单工具制造复杂工具。它的第三个特点是专业复杂工具的制造方法与技术具有封闭性与隐蔽性，但这不影响他人对工具的操作使用；且其隐蔽、封闭性是工具使用方便、高效的主要原因。

软件系统与计算工具等概念的形成，是用抽象的方法（从众多事物中总结提炼出具有共同本质的特征、而舍弃其非本质的特征等内容）处理形成的结果。

4.1.2 传统课程没有讲清计算机仿真的原理与计算机程序设计的基本规律

传统计算科学的核心课程（计算机导论、计算机原理与系统结构、算法语言与数据结构、编译系统与操作系统、软件工程、离散数学、数据库和计算机网络）从未讲清计算机程序设计的基本规律与计算机仿真的基本原理。学生往往通过课后大量的编程训练，积累对计算机程序设计与计算机仿真的认识。这种程序设计经验式教学培养模型，无助于学生总结并提炼计算科学的学科结构。相反，人们在算法语言与数据结构课程的教学上存在一些模糊认识。例如，算法语言是用一组语法规则与功能约定的一种符号标记系统，它让人们掌握语言的符号约定、功能、特性以及用算法语句描述给定的数学计算与数据处理、逻辑判断等――即其教学主要是完成程序的编码训练，由此形成算法；也为研制该语言的编译系统做铺垫。然而部分算法语言的教科书，只有一些算法验证性应用实例，并把它们等同于计算机程序设计教学，这无助于初学者全面正确地掌握计算机程序设计的基本规律，因为学习算法语言后，他们还是没有数据结构的概念。

数据结构是研究用程序编码的方式，在计算机中有效实现多种类型数据的存储组织（形成线性、非线性、网状结构形式以及静态或动态结构形式的数据存储方法）、存储管理、排序检索与编程效率等任务的一门专业基础课程。数据结构课程有很多计算复杂性的案例，是培训人们掌握编程技巧的一种有效方法。因为编写程序所采用的数据结构往往决定了算法的编码实现方法，更重要的是，CPU是根据保存在内存各处程序代码的逻辑次序、通过逐条读取其指令代码来完成用户指定应用程序（或命令）的执行。如何规划、设计、调度与管理内存的使用，这与数据的调度与管理原理类似，是数据结构讨论的问题之一（常在操作系统课程中介绍解决该问题的方法。数据结构问题本质上属计算机内存的动态、合理使用与管理问题）。而该课程中所谓抽象数据类型，是指在指定的数据集上定义对该数据元素进行多种加工等编程操作方法。这个数据集以及对其数据元素的加工方法（数据集与其加工方法均能递归定义），应来源于人们用数学的方法描述解决实际应用问题这一过程，该主次关系不能颠倒。没有这些数据结构与程序编码等基础训练，初学者很难规划好一个软件的系统功能与结构。

由于传统的算法语言与数据结构课程教学无数学建模（它决定了解决多种应用问题算法的来源）与软件系统的概念，故传统的算法语言与数据结构课程没有讲清程序设计的基本规律。

4.1.3 传统计算机课程存在教学问题

首先，传统计算机图形学课程存在教学问题，现已被本教学改革有效化解。

其次，软件工程课程存在教学效果空洞抽象等困惑。若把新的计算机图形学课程作为软件工程课程的教学实习对象，可以有效解决该教学困惑。由于新的计算机图形学课程可以讲清程序设计的基本规律与计算机仿真的基本原理，这使软件工程课程的教学从理论上能达到软件全生命周期设计的教学目的。

第三，计算机导论与计算机基础课程存在教学困惑。计算机导论应对计算学科发展的全貌作整体介绍，并理顺计算学科与其他学科之间的关系，引导读者根据自己的需求有效选择学习不同的计算机专业知识。由于此前计算机课程存在以上问题，导致历次获国家级奖励的计算机教学改革成果以通过有效载体进入课程教学，致使计算机课程教学体系仍然不够成熟。这往往是行业外人士选修计算机课程的迷惑。因为自牛顿时代以来，用数学的语言描述自然科学取得的新进展，是各自然学科之间相互交流学术思想与成果的通用方法；然而目前其他自然科学工作者学习计算机后，却无法顺利地用计算工具的方法来表达其各自学科建设研究成果的数学模型等。这种计算机课程教学不便于计算机教育与其他自然科学教育进行对等有效的学术交流，并导致计算机基础课程教学出现危机。另计算机教学无计算科学学科结构的概念，即人们没有评判计算机导论教材好坏的客观标准。计算机图形学教学改革取得的新成果――发现计算科学学科结构的客观存在，为重构计算机导论与计算机基础课程提供了重要借鉴。

最后，计算机网络课程存在不足。如该课程介绍网络通信协议较多，却较少介绍网络通信工具的构建与编程使用方法，以及计算机网络通信程序的编程实现，这不利于初学者承担计算机网络计算的重任。

4.2 借鉴计算机图形学的教改成果。归纳计算科学的学科结构

传统计算机核心课程缺少一门计算机的综合运用课程，以总结并提炼计算机程序设计的基本规律与计算机仿真的基本原理。计算机图形学课程可以很好地承担这一重任。有了计算工具的概念与计算机图形学课程后，可以重新分类、归纳已知计算机的多种应用。

成熟的计算机图形学与传统计算机核心课程的教学，使计算科学理论（即计算机的系统理论和专业知识。它需回答：什么能被工具有效地进行自动计算，用什么方法研究该命题并形成哪些结论、成熟的理论与发展方向；满足何种条件的实物装置能实现计算功能，计算装置如何构造实现并使其正常运行、操作使用；可计算性的实现前提是什么，如何用该计算装置实现这种自动计算，如何保证计算结果的正确性和计算装置运行的安全稳定，该计算装置有多强大的计算能力；计算理论与计算机专业各课程的关系等）、工具（算法语言、编译系统、操作系统、计算机系统）与应用（数据存储与检索，数据计算、仿真、符号变换与推理，数据网络通信，数据获取、输出表达与控制即多媒体）3个学科形态得到完整展现。它们是形成计算机专业多个发展方向（如杀毒与网络防火墙、网络存储与查询、网页设计开发工具与网站建设、网络浏览器，即时通信、流媒体与播放器、人工智能与专家系统、计算机嵌入式应用、计算机在通信与自动控制系统中的应用等）与综合（如3D网络游戏）或研发计算机硬件（计算机系统结构与CPU设计、计算机工程）的基础。

因互联网的应用，计算机网络计算有网络理论（在通信理论的支持下，如何可靠、快速、方便、安全地实现计算机信息描述数据的通信；网络计算的理论基础与基本规则是什么，如何利用网络资源进行有效的传输与计算）、网络工具（计算机与互联网、路由器与交换机、调制解调器、Java、html语言、浏览器、Socket、遵循HLA标准的分布式实时仿真工具RTI、网络游戏引擎）与网络应用（如计算机数据通信与监管、电子商务、社交网站、网络游戏、云计算、信息技术与信息系统、物联网、大数据的应用等）。

图1显示了计算科学的学科结构。由计算机仿真的基本原理与可计算性的实现前提，可论证程序设计教学与计算机仿真教学的一致性。

故计算作为一门学科（招生专业）的根据是：①它有自己独立的研究领域。即什么能被有效地用工具进行自动计算以及可靠、安全、快速地传输？②产生专业知识的方法。科学研究与科学思维是产生（创造）多种学科新知识的主要方法，这是研究生阶段的主要学习任务。③由此形成的理论体系与其学科结构。这是本科生学习阶段应掌握的专业知识。④传授知识的法定机构与办学条件。⑤广泛的应用基础。

篇（5）

主管单位：中国科学院

主办单位：中国科学院遥感应用研究所;中国图象图形学学会;北京应用物理与计算数学研究所

出版周期：月刊

出版地址：北京市

语

种：中文

开

本：大16开

国际刊号：1006-8961

国内刊号：11-3758/TB

邮发代号：82-831

发行范围：国内外统一发行

创刊时间：1996

期刊收录：

中国科学引文数据库(CSCD―2008)

核心期刊：

中文核心期刊(2008)

中文核心期刊(2004)

中文核心期刊(2000)

期刊荣誉：

联系方式

期刊简介

篇（6）

核心期刊在发表的时候，大家应该都知道它相对于其他的期刊来说，应该都是比较难的吧，所以就有很多人就会选择核心期刊的增刊，那么问题来说，核心期刊的增刊还属于核心期刊吗？今天小编就来和大家详细的讲解一下。

增刊并不是非法刊物，增刊是很多正规刊物每年出版的合集，新闻出版总署规定，正规刊物每年可以出版两期增刊，由于增刊的刊号、主管单位、主办单位等等信息都是完全一致的，但是发表增刊需要三思而后行。

增刊上发表的论文并非绝对无效，因为期刊通常把一些具有相当水准，但又无法在正常周期的刊物上发表的文稿安排在增刊上，因此增刊的学术影响力较正常周期出版的刊物为弱，在评定中级以下职称时，省级期刊的增刊大多不被承认，但国家级期刊或核心期刊的增刊往往会被降级使用，相当于省级期刊或普通学术期刊。

所以在职称评审中，一般是不认可增刊发表的文章的，即便是核心期刊的增刊，也同样是不被认可的，文章也不会被知网等数据库收录，因此在评职称中是不能发挥作用的，建议作者不要发表增刊，评职称晋升最好发表正刊，正刊发表确实不易，尤其核心期刊，但是作者只要做足充分的准备也是可以顺利发表的。

核心期刊推荐：《计算机辅助设计与图形学学报》(月刊)创刊于1989年，是由中国计算机学会主办的我国CAD和计算机图形学领域第一个公开出版的学术刊物。该刊以快速传播CAD与计算机图形学领域的知识与经验为目的，刊登有创新的学术论文，报导最新科研成果和学术动态，及时反映该领域发展水平与发展方向。

篇（7）

关键词: 虚拟森林;环境模拟;遗传算法;L系统;二叉树

Key words: virtual trees;environmental simulation;genetic algorithm;L system;binary tree

中图分类号:TP34文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)28-0155-02

1概述

虚拟森林环境(Virtual Forest Environments, VFE)是虚拟现实技术在林业科学上的应用实践,它以林业空间数据为依托,以虚拟现实技术为特征,构建森林对象,表达及分析复杂的森林现象,这种不同与以往二维图形的表达方式诱发了三维可视化的新方法,新思想,新发展。虚拟森林环境是一个可进行森林实验的虚拟工作室或人与人交流研讨、协同工作的媒介平台,在虚拟森林环境中可以做定性与定量的综合分析,解决复杂森林管理规划问题、科学地协同决策。虚拟森林环境可用于对现实世界的森林数据进行模拟、分析、解释、预测等,帮助理解复杂的森林生长现象,支持林业规划、决策和调控。因此,面向林业的虚拟森林环境的研究,是一个十分复杂而迫切需要解决的问题,它将为林业建设提供一个广泛而形象化的信息处理环境及支撑工具,为专家提供林业决策的新平台,有效推动森林资源的合理保护和营林生产等林业各个环节的信息化进程,进而提高林业管理的现代化水平,促进资源、环境、社会、经济的可持续发展问题的讨论,具有重要的理论和现实意义。

地球表面上只要有植物生活所必须的环境条件就会有植物聚集生长并形成种群。植物种群的基本特征是植物与植物,植物与环境之间的相互关系。植物种群是植物群落的基本单元,具有以下三个基本特征:①空间特征:种群具有一定的分布区域、分布形式和空间等级结构;②数量特征:种群在单位面积上(空间内)有一定的个体数量,并将随时间而发生变化;③遗传特征:种群有特定的基因构成,种群内的所有个体具有一个共同的基因库,基因频率具有空间分布型,并随时间而进化。

虚拟森林环境中的研究重点是对植物种群的研究,最终是要说明植物种群的动态分化与适应过程。然而,虚拟自然景物技术发展到今天,构造虚拟植物的模型已经很多,但多数都侧重于图形学方面,主要研究对象在某一时刻的具体形态。本文受达尔文生物进化论思想启发,借鉴生物界自然选择和进化机制,从植物种群着手,利用遗传算法构造了虚拟植物模拟器,为实现虚拟森林中植物个体间优胜劣汰的竞争关系提供实现手段,在一定程度上实现虚拟森林反演过去,再现现实,预测未来的动态功能。

2模拟与实现

在为虚拟植物建模时,本文使用了基于二叉树的L系统,该方法的特点是在L系统文法生成初期就已经体现了节点之间的上下文关系,并且在内部生长因子和外部环境因子的共同作用下,将枝干的粗度、偏转角度、长度、出芽点个数等信息存储在相关结点中。二叉树的建立是从顶向下递增完成的,需要遍历生长状态对应的字符串。该算法的创新在于各个状态节点之间的逻辑关系在L系统建立时就已经存在,结点与其相邻的结点间存在着上下文的关系,这种新型的基于二叉树的L系统结构在描述环境敏感型虚拟植物方便有效。枝条弯曲的模拟对于形象地模拟植物的形态很重要。弯曲模拟一般用参数曲线拟合的方法来模拟枝条的弯曲。该方法虽然能模拟各种枝条的弯曲,但需要对枝条弯曲形状做大量测量,通过统计数据得出曲线控制参数。这种方法不适合模拟植物生长的过程。本文通过分析枝干的受力情况,确定分枝偏转的角度。分枝的空间位置体现了枝条受重力作用表现出的屈地性以及受光照影响表现出的向光性。使得不同生长长度和不同生长位置的枝条弯曲的程度不相同。因此建立了基于环境敏感型植物的虚拟森林模型。该模型包括了虚拟植物模型、虚拟植物模拟器、环境模拟器、环境模型和环境因子(阳光、温度等)。该模型从宏观和微观两个方面来实现虚拟植物与环境之间的交互。宏观方面,虚拟植物和环境之间存在交互,环境因子作用于虚拟植物的生长模拟,当环境变化后,植物个体需要改变其形态来适应环境的变化;微观方面是从植物生态属性出发,利用遗传算法通过改变植物的基因片段体现虚拟森林环境下种群中植物个体之间的竞争关系,模拟自然界中的优胜劣汰的选择规律。该模型的提出使得环境敏感型植物的模拟更加真实自然,有效地反映出植物之间的竞争关系,在一定程度上实现了虚拟森林环境反演过去、再现现实、预测未来的功能。

3总结与展望

植物是自然场景的重要组成部分,在虚拟现实/环境、计算机动画与仿真中,植物模型的精细程度和外观效果直接影响室外场景的真实感。因此,植物的建模表示与真实感绘制一直是计算机图形学领域研究的热点和难点之一。随着计算机硬件和软件系统的飞速发展,特别是可编程图形卡及相应编程语言的功能日益完善和强大,人们开始考虑动态自然场景的真实感绘制问题;另一方面,数字娱乐与媒体如影视特效、视频游戏等也迫切希望图形学提供有效、快捷的算法来处理动态变化的室外场景,并在获得更为逼真的动态效果的同时加快制作工序并节省成本。注意到植物形态各异、结构复杂,其生长和运动蕴含着错综复杂的物理和生物学规律与机理。因此,在保证一定的形态真实感的前提下,构造合适的物理模型和生物学模型,加速模拟计算,以便最大限度获得运动或变化真实感显得颇为重要。本文基于物理和生物学原理,从植物的表达模型出发,研究植物的动力学模拟与生长模拟,力求在形态真实感、运动真实感以及效率之间取得较好的平衡,以满足相关应用的需求。

参考文献:

[1]舒娱琴.基于林分生长规律的虚拟森林环境的构建研究[D].武汉:武汉大学博士论文,2004.

[2]邵国凡,赵士洞,舒噶特.森林动态模拟― 兼论红松林的优化经营[M].北京:中国林业出版社,1995.

[3]陈昭炯.基于L-系统的植物结构形态模拟方法[J].计算机辅助设计与图形学学报,2000,12(8):571- 574.

[4]Hutchinson J. Fractals and self-similarity. University Journal of Mathematics, 1981, 30 (1):713-747.

[5]张帆.虚拟场景中的自然景观模拟[D].南京:南京理工大学硕士学位论文,2006.

篇（8）

 

动画自诞生之日起，从纸面时代走向如今的无纸时代，经历了两次巨大的变革，一是赛璐珞片的应用，另一次则为计算机图形技术在动画领域的广泛应用，计算机的介入使得动画在制作环节节省了大量的人力与物力，将动画专业人员从繁重的绘制工作中解放出来，随着计算机技术的不断深入，三维虚拟技术更是为动画注入了新的活力，上个世纪九十年代世界第一部全三维动画电影《玩具总动员》问世，其后的十余年三维动画得到了迅猛的发展，涌现了诸如《冰河世纪》、《马达加斯加》、《飞屋历险记》、《机器人瓦利》、《海底总动员》等优秀的动画影片。

1.计算机虚拟技术发展

计算机技术在动画方面的运用可谓是由来已久，自从上个世纪六十年代计算机图形学的兴起，动画便悄然伴随着计算机图形学的发展而发生着日新月异的变化。动画目前的主流形式分为二维动画和三维动画，二维动画以平面绘画为基础，三维动画则将雕塑艺术融入其中，此二者由于所依托的基础不同所以在制作层面上也有着迥然不同的方法。

首先，计算机的发展将二维动画带入了一个无纸化时代，传统动画使用赛璐珞片绘制动画的方式已经逐渐被计算机绘图所替代，如:photoshop、painter、coreldraw等核心绘图软件提供了动画专业技术人员众多绘制平台，数字笔的推陈出新更为他们提供了良好的绘图工具，高效的感应度，灵敏的压感效果，无疑为动画的发展打开了一扇快捷之门。此外flash软件作为方便而使用的动画制作工具，在目前的二维动画领域被广泛使用，其方便快捷文件体积小等诸多特征都是其得以业界认同的主要方面。当然最新版本的flash cs 4还仿效三维软件提供了骨骼绑定和摄影机功能，足见二维动画的三维化势必要成为另一个发展趋势。

其次，谈及三维动画的发展不得不提及《玩具总动员》，这部影片是世界上第一部真正意义上的全计算机虚拟合成的三维动画片。实际上动画片的三维时代早在计算机应用于动画之前便已存在，传统的偶动画在笔者看来就是三维动画的一种表现，只不过如今的人们，无论是动画业界还是普通观众提及三维动画首先想到的就是计算机虚拟三维合成动画而忘记了三维的实体形式。目前在制作计算机三维动画使用做多的当属3DMax和Maya软件，计算机三维动画的制作与计算机二维动画有着很大的不同之处，三维动画在制作环节具体包含以下几个流程：三维建模（根据二维设定稿建造三维模型）、骨骼绑定（主要针对三维角色）、贴图绘制（使用绘图软件绘制模型表面）、贴图缝合（将贴图贴合于模型）、动作（根据运动规律调整角色动作与镜头运动关系）。在三维动画制作的动作环节，目前最新一项技术就是动态捕捉，将此项技术用到极致的一部电影当属《阿凡达》，詹姆斯.卡梅隆不光使用更多的捕捉点进行了身体动作的动态捕捉，而且特地在面部增加一台摄影机对面部表情进行细节捕捉，这一做法无疑为三维虚拟人物增添了真实度。论文参考。

然而也正是由于《阿凡达》中所创造的世外桃源般的虚拟星球潘多拉过于真实，甚至到达了真假难辨的境地，拖着长长尾巴的纳美人看起来除了外观上与你我无异，所以很多人都在质疑《阿凡达》这部影片究竟该不该属于动画的范畴，计算机虚拟技术的发展是对动画的发展还是迷失，在新的技术冲击下动画路在何方？

2.何谓动画

什么才是动画，这似乎不应该再成为问题，但是计算机技术对于动画制作技术的革新却一而再再而三地挑衅着何谓动画的命题，《大美百科全书》中的解释是这样的：动画艺术又称为动画电影，系利用单格画面拍摄法，经由画家特殊的技巧表现而摄制完成的影片，其内容包括：卡通动画、剪纸动画、木偶动画及特殊的合成影片。Wikipedia（维奇百科）则这样论述道: Animation is therapid display of a sequence of images of 2D or 3D artwork or model positions inorder to create an illusion of movement. It is an optical illusion of motiondue to the phenomenon of persistence of vision, and can be created anddemonstrated in a number of ways. The most common method of presentinganimation is as a motion picture or video program, although several other formsof presenting animation also exist.(动画是一系列二维图画或三维作品或模型的快速播放，目的在于创造运动的幻象。他是基于视觉暂留的运动视觉幻象，并且可以通过多种形式产生、呈现。动画呈现的最主要途径是作为运动的画面或者视频节目，当然很多其他形式的呈现方式也同样存在)。论文参考。在笔者看来，无论是从基于传统视觉暂留原理给出的定义，还是从创造运动幻想的角度进行解读，动画始终都是对于无生命的一种生命的创造，途径与手段各有不同，但依旧殊途同归。

以美国著名电影导演詹姆斯.卡梅隆的震撼巨制《阿凡达》为例，这部科幻大片在众多人眼中只不过是普通的电影，技术上采用大量计算机模拟特效，在笔者看来则不然，《阿凡达》不仅仅为世人创造了一个世外桃源般的潘多拉星球，同时也全面揭开了动画创作的新纪元。该片中大量采用了计算机动态捕捉与三维模拟技术，将一系列的不可能、不存在转化为现实以无比绚烂夺目的画面呈现于观者面前，将我们带入一个全权由导演设计的环境空间，体会着现实中早已消失的纯净。动画也正是在此刻真正意义上实现了一种对生命的创造，甚至是他的更高级——生命体系的构建。

3.动画的发展趋势

动画技术的发展不断推动着动画历程的发展，每一次动画技术的革新带来的都是动画效率的大幅提高，赛璐珞片的发明使得单幅场景最大限度上得到了运用，更是将分层概念引入动画制作当中，通过分层技术创造出丰富的镜头与景深影像，在早期动画电影《小鹿斑比》中这点尤为突出。论文参考。

计算机图形学的兴起，对于动画来说是一件革命性的事件，他让众多动画专业制作人员从繁重而枯燥的绘制工作中摆脱出来，为动画领域带来了一翻百家争鸣的景象。商业动画电影越来越多的依赖于计算机图形的处理，以绚烂夺目的视觉盛宴饕餮着观者的眼球，艺术动画侧重于动画画面的绘画艺术感与造型感，独立动画则追寻着人类思想与情感的脚步前行，当然这一切并非绝对，彼此的融合与渗透有时也会带来与众不同的化学反应。

以《阿凡达》为例，詹姆斯.卡梅隆大量运用了计算机三维虚拟技术为观者创造了一场视觉的盛宴，然而之所以该片会让全球范围内如此多的人趋之若鹜并非只有绚烂的视觉体验，从《阿凡达》故事发展的角度看,其脉络围绕着人类生存，关注人类发展与环境保护之间的博弈，试图用最简单的方式获得最广泛的共鸣，摆脱说教的成分，给每位观者直接的心灵感应。

动画发展到今日，计算机的介入日益深入，笔者认为动画的界定不应仅仅局限于技术层面，更应当是对虚拟世界的直观展示，赋予生命的过程，这一过程或许受到技术的影响存在差异，但结果都一样——非生命的生命化，灵魂在此过程中被一一赋予，然而对于类似《阿凡达》的商业电影，计算机虚拟技术所带来的视觉饕餮是无以替代的，在未来相当长的一段时期，占据动画电影市场的大半江山，这一点在近年来的动画电影上得到体现，如：《飞屋历险记》、《冰河世纪》等动画商业大片，相信基于计算机虚拟技术的动画巨制将持续引领动画主流趋势。

参考文献：

[1]聂欣如著.动画概论.复旦大学出版社,2008,1.

[2]《The Animation Bible》 By Maureen Furniss Published by John Libbey Publishing,2008.

[3]《Animation from Pencilto Pixel》 By Tony White.

篇（9）

中图分类号:G642 文献标识码:B

1引言

虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)主要采用以计算机技术为核心的现代高技术生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境(Virtual Environment,简称VE),用户借助必要的设备(如特制的服装、头盔、手套和鞋),以自然的方式与虚拟环境中的实体对象进行交互作用、相互影响,从而产生身临其境的感受和体验。虚拟现实具有3I特性,即交互(Interaction)特性、沉浸(Immersion)特性和构想(Imagination)特性。交互特性强调参与者通过专用设备以人类自然方式与VE中的对象进行相互操作;沉浸特性要求计算机所创建的虚拟环境能使参与者产生置身其中的体验;构想特性是指虚拟环境能够启发参与者发现新问题并辅助产生创新思维。

二十世纪六十年代初,“图灵奖”获得者,被称为计算机图形学之父的美国科学家Ivan Sutherland发表“终极显示”论文提出虚拟现实概念,自此,虚拟现实技术历经一系列里程碑式的理论、方法与技术研究工作,并取得了重大工程应用成果。今天虚拟现实技术的应用领域已经非常广泛,主要包括三大应用方向,即训练演练、规划设计与预测、观赏娱乐等。例如在虚拟战场环境中进行作战指挥模拟,宇宙飞船、飞机、舰船模拟驾驶训练,飞机、导弹、轮船等复杂系统的虚拟设计与制造,城市环境规划及其建筑物的展示,手术培训与导航,游戏动漫与影视制作等。由于虚拟现实技术涉及的学科综合性、交叉性强,是可以拉动多学科发展,不断产生新思想、新技术,具有广泛和重大应用前景的科学技术领域,国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)把虚拟现实技术确定为信息领域优先支持的三大前沿技术之一。

2课程的特点

北京航空航天大学计算机学院从1994年开始从事虚拟现实技术领域的研究,取得许多创新成果,在相关学科领域产生了较大影响,逐步形成了北航计算机学院一个新的优势学科方向。作为计算机应用本科生的专业限选课程,“虚拟现实技术”课程教学已经讲授了5年。本课程的教学目的是通过对有关虚拟现实技术国内外研究热点问题、典型研究工作的介绍,使学生了解当前虚拟现实技术的发展趋势;通过对虚拟现实基本原理、基本算法、开发方法、主流系统的介绍,使学生掌握虚拟现实主要技术、开发环境与平台;以虚拟现实技术与系统国家重点实验室研究工作为主要实践教学支撑,培养学生的创新能力,满足国民经济和国防部门对虚拟现实领域专门人才的需求。虚拟现实课程具有以下特点:

2.1学科交叉性、综合性强

国家中长期科学和技术发展规划纲要指出:“虚拟现实技术重点研究心理学、控制学、计算机图形学、数据库设计、实时分布系统、电子学和多媒体技术等多学科融合的技术,研究医学、娱乐、艺术与教育、军事及工业制造等多个相关领域的虚拟现实技术和系统。”虚拟现实技术主要从计算机科学与技术、控制科学与技术、机械工程科学与先进制造技术等学科中孕育并实现跨越,逐步发展成熟,涉及心理学、认知科学、计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术等,学科交叉性、综合性强,如图1所示。

2.2数理基础要求高

虚拟现实课程的许多理论、方法和技术涉及大量的数学公式和物理定律,例如在基于图形的虚拟现实技术中所涉及的计算机图形学,基于图像的虚拟现实技术中所涉及的图像处理和信号处理技术,在建模技术中涉及的动力学、运动学等,都需要学生具备深厚的数理基础。

2.3创新思维丰富

虚拟现实被众多学者认为是科学研究与工程实践中理论和实验方法之外的第三种方法,可以虚拟和仿真人类难以到达的宏观或微观环境,进行研究和体验;在虚拟环境下进行逼真的规划、设计、训练演练,作出评价和决策,其与生俱来的构想特性能够启发参与者发现新问题并产生创新思维。虚拟现实技术由于多学科交叉性,在不同学科交叉融合中源源不断地产生新思想、新方法。

2.4工程应用突出

虚拟现实技术既有坚实的理论基础和方法,也有大量的典型算法,同时又是一门应用牵引强,各种开发平台和应用工具丰富,人机交互设备多,软硬件结合与系统集成占相当比重的课程。

2.5课程内容多课时紧

本课程是本科生计算机应用方向的限选课程,在本科四年级上学期开设,其间正值学生考研复习准备阶段,课时总计36学时,课内教学18学时、课外实践18学时,授课时间十分紧张。

3教学内容安排

我们经过多年的教学实践,在不断与学生教与学交互的活动中,结合自身学科研究特色,总结、完善主要教学内容,形成了如下的教学大纲:

第一章:概论(2h)

问题的提出、名词术语、虚拟现实特征、里程碑工作和研究现状、国内外典型应用实例。

第二章:虚拟现实硬件与系统(2h)

虚拟现实输入设备、虚拟现实输出设备、高端图形工作站、图形处理单元(Graphic Processing Unit简称GPU)、典型沉浸式交互系统的构建实例。

第三章:基于图形的虚拟现实建模与开发技术(6h)

视觉感知相关基本概念、场景表示与数据库结构设计、CREATOR建模软件与合成自然环实例、场景图组织与基本绘制流程、OpenGVS与WTK开发软件、虚拟场景漫游应用程序开发实例。

第四章:基于图像的虚拟现实建模与绘制技术(2h)

IBMR技术与全光函数、全景图像与柱面全景图像实例、同心拼图方法。

第五章:人工生命-人工鱼实例(2h)

人工鱼的总体方案、人工鱼的生物力学分析、感知与行为建模、几何建模与外观属性、虚拟海洋环境建模、运动系统、逼真性与效率权衡。

第六章:虚拟人技术(2h)

人体抽象模型与国际标准、逼真运动获取与表示、运动约束与重用、虚拟人技术应用实例。

第七章:分布式虚拟现实技术(2h)

DIS技术与IEEE1278、HLA技术与IEEE1516、分布交互仿真程序开发与应用实例。

教学实践与课外教学安排:(18h)

课外研读学习OpenGL、构建虚拟现实漫游程序;参观虚拟现实技术与系统国家重点实验室,观看演示、操作实验室研究设备,了解当前主要研究方向和趋势。

4教学实践与思考

针对虚拟现实课程的上述特点,我们在课程的教学活动中形成了“突出三个基本,注重融会贯通;点面结合,各有侧重;结合实例,促进创新思维”的教学思路。

4.1突出三个基本,注重融会贯通

在教学中突出三个基本,即突出基本原理、基本方法、基本算法的讲授。虚拟现实课程的诸多内容来自不同的研究和应用领域,貌似差之千里,但是其核心思想常常殊途同归。对于这部分内容在教学活动中应有意识进行联系,分析讲解,努力让学生融会贯通。以细节层次概念(LOD)为例,细节层次概念是图形建模中的基本概念,是指用一组复杂程度(常常以多边形数来衡量)各不相同的实体细节层次模型来描述对象,在运行时根据一些主客观标准在这些LOD模型间进行切换,实时改变场景的复杂度,从而能够绘制效率与效果的平衡,该方法需要解决模型间切换时产生的视景跳跃问题。在GPU的基本贴图处理(MIP MAPPING )、复杂光照模型实时绘制等研究工作中也引入和应用了同样的原理,因此在讲解细节层次概念时进行举一反三,加深学生对这一满足逼真性和绘制实时性普适基本方法的理解,进一步可以引伸出连续细节层次方法以及与视点相关的递进传输技术如何满足基于网络的虚拟现实应用问题。这样教学思路始终贯彻在七维全光函数降维、八叉树的数据组织方法等诸多教学内容中,以达到融会贯通的目的。

4.2点面结合,各有侧重

虚拟现实课程涉及学科众多,内容十分丰富,有限的课时内做到面面俱到几乎不可能。我们的教学大纲基本覆盖虚拟现实的主要研究分支,重点是基于图形和基于图像的虚拟现实技术,由于增强现实在其他课程有重点讲授,不过多涉及。其次注重对当前国内外的研究重点、热点问题,以及当前的主流设备、开发工具与平台介绍。通过发挥授课教师的计算机科学与技术专业背景,结合实验室多年的研究工作进行知识点的深入讲解。例如在分布式虚拟现实技术教学中,实验室在该方向上开展了长达十年的研究工作,研究成果既体现了该内容的基本方法、国际标准,又体现了当前的最新研究成果。该内容的教学从早期的DIS入手,通过与HLA核心技术的对比,重点讲解分布式虚拟现实技术如何应用数据抽象与封装、与订购、基于值的信息过滤 (DDM)等核心技术解决大规模交互仿真问题,进一步引伸介绍目前该方向的研究进展,让同学了解当前研究热点问题。

4.3结合实例,促进创新思维

虚拟现实是一门多学科交叉的科学技术,不同学科理论与方法的互相借鉴、启迪、创新尤为明显。因此在讲授具体内容的同时,应介绍该研究工作和成果产生的背景,体现交叉创新、集成创新思路,启迪同学的创造性思维是本课程不断追求“授之与渔”的目标。在课程综述中重点介绍信息资源环境的智能化、普适化、协同化、沉浸化发展的各个不同历史时期代表性工作,以及仿真技术、先进制造技术等学科对虚拟现实的重要贡献,突出虚拟现实技术交叉融合的特性。将具体的课程知识点讲授融入到典型实例中,人工生命课程教学中以ACM优秀博士论文工作为基础,讲述了人工鱼的感知与行为建模、几何与外观属性建模、虚拟海洋环境建模等,目的在于突出建模内涵的宽泛性和在虚拟现实技术中的重要地位,通过详述人工鱼的生物力学分析、总体方案设计,行为与运动系统实现,归纳总结出多学科交叉、逼真性与效率的完美平衡是其创新所在。在讲授虚拟人技术时,首先提出逼真人体运动复杂性和实时性这一矛盾,引入机器人技术领域的逆向运动学以及信号与系统中的信号处理方法,重点介绍借鉴其他学科方法解决虚拟人运动重用和大规模人群等关键问题,强调借鉴启迪是创新的源泉。在诸如同心拼图、分布式虚拟环境中同样贯彻了结合实例,促进创新思维这一教学思路。

5结论与展望

“虚拟现实技术”涉及面宽、内容十分丰富,同时发展迅速,应用越来越广泛,如何讲授好该课程是一个需要不断探讨、研究总结的教学课题。笔者在多年的教学活动中,通过教与学的交流,不断总结形成了一些教学思路和方法,取得了良好的效果,但是仍然需要不断完善充实,主要包括两个方面内容:(1)如何做好虚拟现实技术课程与计算机图形学、多媒体技术、图像处理技术的衔接;(2)如何利用好虚拟现实技术与系统国家重点实验室的研究环境、软硬件资源以进一步加强虚拟现实课程的实践环节。我们将在今后继续研究探索,以解决这些重要问题。

参考文献:

篇（10）

中途分类号： G642文献标识码：A文章编号：

1.前言

一提到建筑数字技术教育，首先想到的可能是一系列的软件，除了传统的AutoCAD，3Dmax，Sketchup等，还有基于建筑信息模型BIM技术的Revit 等，另外擅长曲面造型的Rhino，诚然，这些软件的教学能让学生掌握更多表达建筑的方法或提供更好的建筑设计的思考途径，但是由于在教学过程中大多侧重软件使用方面的讲授，忽视了与设计课的结合，同时其他专业基础课与设计课在数字技术的衔接方面也不成体系，因此很难达到预期的效果。在2007年全国高等学校建筑院系建筑数字技术教学研讨会上提出的改革思路的一个重要方面就是将建筑数字技术课程与建筑设计教学结合起来，原本专业基础课程的学习就应该服务于设计课，更好的将个专业基础课与设计课达到无缝衔接的程度才是建筑学专业教学的目的。数字技术的应用是渗透到整个建筑行业中的，因此建筑学专业教学体系应抓住数字技术革新的契机，对各个课程的教学内容和教学方法做出相应的改革，建立更紧密围绕设计课为主的教学体系，让学生更加适应数字时代的到来！

2.建筑数字技术教学改革的现状

随着计算机、网络、数字技术的发展，给建筑教学带来了翻天覆地的变化。首先，网络让教学交流更容易。比如，班级一般都建有QQ群，任课老师经常被邀请加入群里，讨论作业、设计等，在更轻松、平等的网络氛围下的师生交流更愉快，教学效果更好。此外，学生还把作业放到ABBS等建筑论坛上请求点评，在论坛上经常会碰到名师还有设计经验丰富的建筑师，学生反映收获很大。除了增进与老师的交流以外，学生与其他院校的同学交流也增多了，通过网络他们了解了其他院校的同学都在学什么，怎么学，而且同龄人之间交流学习心得的效果比老师在课堂上反复强调要好。其次，实现了多媒体教学普及和精品课程资源共享。一般理论课教学都利用了多媒体教室，老师通过图片、三维动画、视频资料辅助教学，学生更容易接收。更重要的是多媒体教学也让精品课程库的建立成为可能，让不少一般院校的学生也能通过精品课程库享受到优质教学资源，对提高老师的教学质量也有很大的帮助。最后，三维软件的学习，增强了学生的空间思维和创新能力。绝大多数院校在大一下学期安排Sketchup软件的教学，然后在接下来的设计课中马上利用Sketchup建模并推敲方案，学生普遍都表现出比用手工模型推敲方案更高的热情，他们对方案中内部空间的布置和外部环境的营造以及对建筑的材质、颜色的推敲显得更细致入微。此外，几乎所有重点高校，如清华大学、重庆大学、同济大学等，以及部分普通高校，如湖北工业大学、河南工业大学，他们进行了数字技术教育改革的脚步较早，除了Sketchup，他们更安排了Revit、Rhino等三维软件的教学或专题讲座，让不少学生使用Grasshopper体验了参数化设计这种全新的设计思维，大大开阔了空间设计的思路创新。

3.建筑数字技术教学改革中存在的问题

建筑数字教学改革中存在的最重要的问题就是与设计课结合的不紧密。主要表现在以下两个方面，第一，虽然在建筑数字教学中增加了大量的课时，但是大多普通院校主要用于讲授新的软件的使用方法，对数字建筑本身的意义和重要性对学生交待的不清楚，最后学生把兴趣放在软件的学习上，激动于软件带来的感官刺激，比如用rhino创建的自由形体让学生激动不已，导致过分强调外部造型而忽视了设计最本质的东西比如空间的组合。目前除了一少部分院校开始讲授基于BIM技术的Revit 以外，大部分院校三维软件教学以讲授Sketchup和3DMax为主，其它软件推荐学生自学，因此有的学生在草图构思阶段也会受到软件的限制，比如草图大师不擅长曲面，学生在构思阶段有意避开曲线构图，或有想法也坚持不到最后。其实数字技术对设计的影响之大远远超出我们现在可以想象到的。比如在2011年CAADRIA（亚洲计算机辅助建筑设计协会）年会上SASADA奖最佳论文奖的冠军奖励给一个使用弯曲传感器和记忆合金实现现实中的织物曲面形态和计算机中的曲面模型之间互动的研究，它使得建筑师对曲面形态的创作可以脱离计算机图形界面而在物理世界中进行。

第二，专业理论课的教育对数字技术的反应太慢。正如建筑业对科技的反应比其它专业如机械、航天、导弹等等专业都慢很多一样，专业理论课对设计课的支持也总是慢一拍。三维建模出现后，特别是基于建筑信息模型的软件出现后，还有不少学生甚至老师还认为那只是类似或比3DMax高级的三维软件，并没有意识到BIM模型可以应用于整个建筑周期，从方案设计到施工图设计，并整合结构、机电等，再到施工、物业管理等阶段都有用武之地。比如Revit和ArchiCAD等三维软件建立的模型或组件可以用于建筑构造课程，从整体到局部到节点构造均有比较精细的组件模型，而且利用这些软件进行理论课的教学让学生倍感亲切，和设计联系的也愈加紧密。又如Ecotect软件本来可以提供很好的对建筑物理环境声、光、热全面分析，但大多数学生面对大量的数据设定望而生畏，然而，如果在建筑物理理论课的教学中在声、光、热三方面分别以小例子来讲解相应的使用方法和分析途径，学生也会对建筑物理这门本来比较难又略显枯燥的课程更感兴趣。因此在理论课上及时利用或补充数字技术方面的相关知识并与设计结合讲解可能是数字技术带给建筑教育课程体系的一个契机。

。4.建筑数字技术教学改革的探讨

建筑学教育本来就是一个完整的体系，被人为的分成若干课程，最终通过设计课程来实现知识的整合。数字技术的发展特别是BIM技术，为学科的整合方式带来的新的契机，通过BIM技术构建一些历史的、现代的、著名建筑模型，并建立一个基础数据库，这个库可以提供给各个课程分别引用，并根据知识侧重点不同增添新的信息，然后成为这门课程的模型数据库。因此借助数字技术的手段推动建筑学教育体系中知识的整合度，让学生将各课程所学融会贯通于设计课程应该成为数字计算教学改革的重点。具体来讲数字技术与各门课程之间的整合构想如下。

4.1数字技术与计算机辅助设计课的整合

大多院校虽然开设计算机辅助设计课已经有十多年历史了，但通常把计算机作为绘图工具取代手工绘图，充其量达到“无纸化设计”的程度。近几年来受大量外来数字建筑作品的冲击，国内建筑师开始从创作思维层面上利用数字技术，重点建筑院校也开始探讨数字技术教学改革的新模式。而要从创作思维层次上利用数字技术必须有有计算机图形学的基本知识，但对于建筑学专业学生来说，基本的图形学算法已经令人望而生畏，更不用说参数化设计这类需要总结设计的生成规则并转化成算法的，更是让人举步维艰。但清华大学已迈出了第一步，开设了计算机图形学课程，在参数化设计课题上做出不少有益的探索。因此普通院校在开设计算机图形学课有难度的情况下，在计算机辅助设计课中增加相关的计算机图形学知识是可行的。

4.2数字技术与建筑历史课的整合

建筑历史课教学宜从古建筑制式的介绍和现代建筑的数字设计方法两个层次来结合数字技术。第一，利用数字技术建立古建筑模型库，特别是基于BIM技术的三维模型。比如我国古代木结构建筑都有严格的等级划分，而划分的规律多以柱径尺寸或斗拱中斗口的尺寸来控制，通过参数化设计，整个古建筑木结构模型一目了然，而且模型中各个部件均可以添加名称和细部尺寸信息，学生只需更改参数即可查询各种等级不同制式的古建筑，而且构件名称、尺寸以及安装方法等信息均可查询。虽然很多学校在这方面都做了不少有益的探索，但是，如果能够在常用软件中有准确的三维模型，那将对历史教学和设计课程的有机结合有很大帮助。另一方面，将数字技术的发展现状作为教学内容。如果在介绍现代建筑时，结合其使用的数字技术进行分析，将在提高建筑历史课的学习热情同时开拓学生创新思维能力。

4.3数字技术与建筑构造课的整合

建筑构造课教学宜从构造节点信息和建造方法两方面结合数字技术。一方面，利用通过BIM技术建立的模型库添加细部信息，比如楼板、复合墙体、防水层的构造信息。这样学生可以方便查询，毕竟学校不可能在构造实验室把所有的构造节点收集齐全。但是模型库可以通用，构造节点只需在原有数据库的基础上添加详细的节点信息。另一方面，可尝试整合相关的CAM知识作为教学内容。因为学生在感叹独特的空间曲面造型的同时往往会有疑问这样的造型怎么做。CAM是计算机辅助建造的缩写，在汽车和航空领域的应用广阔，目前建筑业也有应用的实例。如ONL设计的IWEB项目，一个类似太空飞船的造型，从设计到构件生产建造到施工组装完全用三维数字技术，建立了从三维设计到钢材制造的直接联系。如果学生对空间曲面造型的构造更清晰会增加他们利用数字技术设计的信心。

4.4数字技术与建筑物理课的整合

建筑物理课教学应该补充讲授如何利用数字技术进行各种物理环境的分析。学生提到物理课往往比较头疼的，因为目前的教育侧重概念介绍和计算，真正能运用于设计中的一般就是一些定性的知识。但如果利用数字技术对物理环境做足分析，可以为方案提供强有力的数据支持。对于如草图大师上的日照分析，学生都非常乐意运用，但对于如Ecotect等专业分析软件，大多数院校的学生都苦于自学难度很大，面对大量物理数据的设定无从下手，而且对分析结果如何指导设计改进也充满困惑。在这方面，重庆大学已经做了不少探索，而且在新编的建筑物理教材中增加了Ecotect应用部分，为教学提供很大的方便。因此，结合设计案例讲解软件的使用方法，以及通过分析结果改进设计方案的手段是有必要的。

4.5数字技术与建筑设计课的整合

建筑设计课教学既要鼓励学生在设计中运用所学的新软件，还要提醒他们不要被软件左右设计思想。近几年“非线性设计”、“建筑设计生成法”、“参数化设计”新的概念层出不穷，学生一边向往这些新概念带来的视觉冲击，一边又害怕困难，没有把握去尝试，往往放弃或半途而废。设计课上老师应该鼓励学生在大学设计课程中至少做一个非线性设计的方案，课堂上对于想法很好，但建模有困难的同学可以做一部分示范，帮助他建立一部分模型，正如建筑表现课上给学生做示范一样。这方面，东南大学、清华大学、同济大学都开始了教育改革实践取得了相当喜人的成绩。但对于有些软件基础好的学生，他们虽然能很快结合设计，但容易沉迷于软件带来的新奇造型，欲罢不能，反而忘记了设计的本质，对他们则应正确引导，提醒数字技术是工具，要为设计服务而不是成为它的奴隶。

5.结语

总之，无论对于走在改革前列的重点院校,还是正准备迈出改革步伐的普通院校,要实现各课程之间的整合工作量相当大，教师培训、教材编写都需要付出大量心血，但是，借助数字技术的改革推动建筑学教育体系的整合是必然趋势，随着数字技术的发展，建筑教育体系必将同步发展、与时俱进。

参考文献

许景峰 等. 数字技术在建筑物理课程教学中的应用[J].高等建筑教育.2012第21卷第一期：139-141

雷贵洲 等. 浅谈数字技术对建筑草图设计的影响——从数字技术审视建筑学教育[J].中外建筑.2009(12):43-45

李建成. 建筑信息模型与建筑学专业的教学[J].建筑学报.2007.7:100-102

李建成. 对当前建筑数字技术教学改革的思考，建筑数字流——从创作到建造[M]，同济大学出版社.2010.

宁玲. 数字技术在房屋建筑学中的运用[J].高等建筑教育2010第19卷第6期:151-153

彭冀. 数字技术在本科建筑教学中的应用[J].华中建筑.2007(12)第25卷：167-169

王一平 等.建筑数字化之教育论题[J].华中建筑.2009(11)第21卷：177-178

王军，樊海彬，魏卓.Computer，Drawing＆Design——数字时代的建筑设计课程数字化教学的探讨[J].建筑教育改革理论与实践（第九卷）2007.6：322-324

建筑设计术科转型促成教学转变——从画法几何到计算机图形学，张东升，同济大学建筑与城市规划学院硕士学位论文，2009

李茉.数字技术对建筑基础教学的影响初探[M].建筑设计信息流，重庆大学出版社.2011

魏旭 等.基于C/S模式下的设计图纸查询系统研究与开发，建筑数字流——从创作到建造[M].同济大学出版社